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环境学院郑春苗教授发表地下水污染物迁移重要研究成果

2016-01-14

近日,环境科学与工程学院郑春苗教授与英国地质调查局的Marco Bianchi博士在国际水资源领域顶级学术刊物《Water Resources Research》上发表了一篇题为 ”A lithofacies approach for modeling non-Fickian solute transport in a heterogeneous alluvial aquifer”的论文(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015WR018186/full)。这一文章从一个全新的视角,探讨了如何利用基于地质沉积相的方法构建地下水含水层的非均质结构,从而更加精确地模拟和预测污染物在高度非均质介质中的“反常”迁移过程。第一作者Marco Bianchi博士是郑春苗教授回国前在美国阿拉巴马大学指导的博士研究生。

大量实践表明,传统溶质迁移模型在定量描述实际含水层溶质迁移过程时,理论结果与实际情况存在较大的差距。随着研究的深入,人们已意识到造成此种现象的原因时含水层的非均质性,但非均质性影响溶质运移的根本机理却是长期困扰水文地质学家的难题。在过去10多年里,郑春苗教授的研究团队通过大量的地下水示踪试验和数据分析总结,提出了一套有关分米或更小尺度的优先水流通道对溶质迁移有着控制作用的新理论,较好地解析了含水层非均质性影响溶质运移的原因和机理,为地下水污染修复工程提供了有力的技术支撑。

(a)沉积相分布示意图;(b)基于沉积相的含水层透水性分布图;(c)溶质迁移示意图

分米或更小尺度的优先水流通道在含水层中分布的直接观测非常困难。过去,主要的办法是通过大量的钻孔进行含水层试验并配合物探手段,测量含水层渗水性质的空间分布。这种传统方法不但费用高,而且很难扩展到大尺度上。最新发表的这一研究成果证明,可以利用有限的钻孔资料,将含水层的沉积物分成数个沉积相,像粗砂相、粉砂相、粘土相等。然后,通过地质统计方法,建立含水层的三维沉积相分布图。透水性最好且连续的沉积相往往对污染物的迁移起着主导作用。研究表明,基于这种三维沉积相分布的溶质迁移模型可以很好地反映实际的示踪试验结果,进一步提高溶质迁移模型的预测能力。

地下水示踪试验场

本研究成果已经引起地下水学术界的关注。例如,加州大学著名的水文学家Graham Fogg教授指出:“这是一篇非常关键的文章,它将改变整个水文地质学科对溶质迁移模拟的看法。”美国地质调查局的Daniel Feinstein研究员说:“这篇文章不但值得发表,而且应该是所有从事地下水溶质迁移模拟人士的必读物。” 同时,这篇文章还被《Water Resources Research》选为“研究亮点”。

这一研究得到了中国国家自然科学基金委重点项目的支持。